JP6391499B2

JP6391499B2 - 微小凹凸構造体

Info

Publication number: JP6391499B2
Application number: JP2015042919A
Authority: JP
Inventors: 山下　和之; 和之山下
Original assignee: 株式会社Ｍ＆Ｔ
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: JP2016159596A

Description

本発明は、表面にナノサイズの微小凹凸構造を形成した微小凹凸構造体に関し、優れた各種機能を発現する。

これまでに表面にナノレベルの微小の凹凸を無数に形成すると、優れた撥水作用の発現や繰り返し使用可能な粘着性の発現が生じることが知られている。
また、ナノサイズレベルの規則性パターンを形成することによる高集積化半導体デバイス、微小の磁性体ドットパターンによる記録媒体の大容量化、ナノピラーによる細胞培養シートの作成等、広い分野での応用が期待される。
特許文献１にはブロックコポリマーを塗布し、アニール処理により自己組織化させ、その後にリソグラフィーにてパターン形成する技術を開示するが、工程が複雑である。
特許文献２には基板上に微粒子を配列させる技術を開示するが、やはり工程が複雑である。
特許文献３には特定の共役系分子を有するブロックコポリマーを用いた自己組織化薄膜技術を開示するが、そのサイズはマイクロレベルである。

特開２０１３−１６１４９６号公報特開２００３−１６０８８３号公報特開２００４−０８３７６９号公報

本発明は、簡単な工程にてナノサイズレベルの微小凹凸が形成された微小凹凸構造体の提供を目的とする。

本発明に係る微小凹凸構造体は、基板上に、シリコン化合物からなる溶媒に、エラストマーを０．５〜１０．０ｗｔ％溶解した溶液を滴下又は塗布して乾燥させることで得られ、高さ１ｎｍ〜１μｍ，ピッチ幅１００ｎｍ以下からなることを特徴とする。
ここで、シリコン化合物は一般的にシランカップリング剤と称されているシリコン原子に２種類以上の異なった原子団が結合した化合物が好ましい。
異なる原子団の１つは無機材料と化学結合する官能基である。
無機材料と化学結合する官能基はアルコキシ基、アセトキシ基、クロル原子等のように水あるいは湿気により加水分解を受けてシラノール基を生成する。
この時、シリコン化合物は、無機材料と結合する官能基を同一分子内に２個以上有し、シリコン化合物間でのシラノール基同士の脱水縮合反応が生じることが、より好ましい。
異なる原子団のもう１つは、特に限定されるものではないが、アルキル基，シクロアルキル基，オレフィニル基，アクロイルオキシアルキル基，グリシジルオキシアルキル基，アリール基，アリールアルキル基，アミノアルキル基、フルオロアルキル基等が例として挙げられる。
その中でも、疎水性基（アルキル基，シクロアルキル基，オレフィニル基，アリール基，アリールアルキル基、フルオロアルキル基）であることが、より好ましい。
無機材料と結合する原子団を同一分子内に２個以上有し、かつ、疎水性基を有するシリコン化合物として、シクロへキシル（ジメトキシ）メチルシランが挙げられる。
本発明に用いるシランカップリング剤は常温で液体のものが好ましく、そのまま単独で溶媒として用いてもよく、他の各種溶媒との混合溶媒でもよい。

本発明においては、シランカップリング剤を溶媒として用い、エラストマーを溶質として溶解させたものである。
エラストマーはジブロックコポリマー，トリブロックコポリマー等であって、自己組織化機能を有する共重合体であれば特に制限がない。
例えば、水添スチレン系熱可塑性エラストマーとして、クラレ株式会社製のハイブラー（登録商標）は、ポリスチレンとビニル−ポリイソプレンが結合したトリブロック共重体である。
ＪＳＲ株式会社製のＤＹＮＡＲＯＮ（登録商標）は、ポリスチレンとポリブタジエンのジブロック共重合体である。
旭化成株式会社製のタフテック（登録商標）は、ポリスチレンとポリブタジエンのジブロック共重合体である。
また、これらの共重合体は部分的に水素添加したエラストマー性のポリマ−である。

本発明においては、主にシランカップリング剤からなる溶媒にエラストマーを０．５〜１０．０ｗｔ％溶解した溶液を基板上に滴下又は塗布し、その後に乾燥させるだけで自己組織化により微小の凸部が隆起形成されるものと推定され微小の凹凸形状の表面となる。
凸部の高さやピッチ幅は、溶質の量と溶媒の組み合せにて調整可能であり、用途に応じて制御するのが好ましい。
凸部の高さは１ｎｍ〜１０ｎｍの微小凸形状や１０ｎｍ〜１００ｎｍの微小凸形状にも制御できる。
また、凸部のピッチ幅は１００ｎｍ以下、必要に応じて３０ｎｍ以下に制御できる。
塗布方法も滴下して広げてもよく、ジェットインク方式にて噴射塗布してもよい。

本発明において、シラン化合物（シランカップリング剤）からなる溶媒に溶質としてエラストマーを溶解した溶液を各種基板材に塗布し、乾燥させることで微小の凹凸構造が得られるので工程が少なく安価である。
また、用途も半導体デバイス、記録媒体、細胞培養シート、撥水性、粘着性等、これまでに検討されている技術分野のみならずに新たな技術分野への展開も期待される。

（ａ）は溶質濃度４ｗｔ％のときのＡＦＭ（原子間力顕微鏡）像を示し、（ｂ）は（ａ）の白ラインの部分の断面形状の測定図を示す。（ａ）は図１の凹凸像、（ｂ）は吸着力分布、（ｃ）は硬さ分布を示す。溶質濃度４ｗｔ％のときのＡＦＭ像を示す。溶質濃度３ｗｔ％のときのＡＦＭ像を示す。溶質濃度２ｗｔ％のときのＡＦＭ像を示す。溶質濃度１ｗｔ％のときのＡＦＭ像を示す。溶媒のみのときのＡＦＭ像を示す。基板（スライドガラス）のみのＡＦＭ像を示す。

本発明に係る実施例を以下説明するが、本発明はこれに限定されない。
溶媒として、シクロヘキシル（ジメトキシ）メチルシランを用い、これにエラストマーとしてハイブラー７３１１を４ｗｔ％加え、溶解した。
ハイブラー７３１１は、スチレン含有量１２％のものである。
この溶媒を図８にＡＦＭ像を示したスライドガラスの上に、インクジェット方式にて噴霧した。
その後に６０℃×２時間乾燥させた、ＡＦＭ像を図１に示す。
微小の凹凸形状が形成され、図１（ｂ）に示すように平均高さは約３．９ｎｍ，平均ピッチ幅は１８．７ｎｍであった。
図２（ｂ）には、針を微小の凹凸面に当てた後に離す際の吸着力分布をイメージ図として示し、（ｃ）に硬さ分布をイメージ図として示す。
図１，図２に示したこのサンプルは、繰り返し剥がしたり、接合したりできる粘着性を有していた。
図３〜図６にハイブラー７３１１の濃度を４，３，２，１ｗｔ％と変化させたときのＡＦＭ像を示す。
エラストマーの濃度により、凹凸の密度及び高さが変化しているのが分かる。
図７に参考として溶媒のみの場合を示す。
このような現象は、ＤＹＮＡＲＯＮ１３２１Ｐ（スチレン含有量１０％）を用いても同様であった。

Claims

基板上に、シリコン化合物からなる溶媒に、エラストマーを０．５〜１０．０ｗｔ％溶解した溶液を滴下又は塗布して乾燥させることで得られ、高さ１ｎｍ〜１μｍ，ピッチ幅１００ｎｍ以下からなり、
前記シリコン化合物は、シランカップリング剤であり、
前記エラストマーは、部分的に水素添加したブロックコポリマーからなることを特徴とする微小凹凸構造体の製造方法。